By Dr Chris Mansell, Senior Scientific Writer at Terra Quantum
ここ1か月で見た、量子コンピューティングと量子通信に関する興味深い研究論文の概要の紹介を以下に。
Hardware
Title: Experimental Twin-Field Quantum Key Distribution Over 1000 km Fiber Distance（1,000kmを超える実験的なツインフィールド量子鍵配送）
Organizations: University of Science and Technology of China; Chinese Academy of Sciences; Photon Technology (Zhejiang) Co. Ltd.; Yangtze Optical Fibre and Cable Joint Stock Co. Ltd.; Tsinghua University
量子鍵配送 (QKD) を使用すると、遠隔地にある 2つのリモートパーティがランダムな秘密鍵を共有し、プライベート通信が可能となる。QKDの主な実用上の問題は、相手との距離が離れるにつれ、鍵生成の達成可能レートが非常に低くなってしまう点だ。この実験では、ツインフィールドCKDプロトコルを実装し、202 kmから 1,002 kmまでの距離の鍵レートを測定した。鍵レートを改善するためのいくつかの方法を開発して採用することにより、報告された結果は以前のすべてのツインフィールドQKD実証の結果を上回っている。
Title: Development and Demonstration of an Efficient Readout Error Mitigation Technique for use in NISQ Algorithms（NISQアルゴリズムで使用するための効率的な読み出しエラー軽減技法の開発と実証）
Organization: Rigetti Computing
近似状態トモグラフィーと古典的シャドウトモグラフィーは、どちらも多くのランダムな測定値を効率的に使用して観測値を推定する方法である。NISQデバイスの場合、測定誤差を考慮しなければならない。
この論文の著者は、この誤差が近似状態推定器に与える影響を分析し、軽減するためのさまざまな戦略を検討。そして、Rigetti の超伝導量子プロセッサ Aspen-11 での実装により、迅速かつ正確な誤差軽減技術を考案した。100万回の計測を1分半以内での処理に成功した。この新しいアプローチがなければ 17時間かかる見積もりであった。
Title: High-Fidelity, Frequency-Flexible Two-Qubit Fluxonium Gates with a Transmon Coupler（トランスモンカプラを用いた高忠実度で周波数に柔軟な2量子ビット・フラクソニウムゲート）
Organizations: Massachusetts Institute of Technology; MIT Lincoln Laboratory
超伝導回路は、フラクソニウム量子ビットやトランスモンなどの複合超伝導回路部品が研究開発の対象となっている。本論文では、トランスモンを介して結合されたフラクソニウム量子ビットのペア間の論理ゲートに基づく新しい超伝導量子プロセッサを開発した。従来のセットアップと比較してこの設計は、より強く望ましいカップリングと、より弱く不要なカップリングを簡単に生成することができる。この論理ゲートは、ラビ振動を引き起こすマイクロ波が関与しており、2GHzの範囲で動作するように調整が可能なため、多数の量子ビットを持つ大型装置で周波数の衝突を避けることができる。最先端の忠実性とコヒーレンス時間により、研究者たちはこのエキサイティングな分野の最先端をさらに推し進める多くのアイデアを持っている。
Title: Reference-State Error Mitigation: A Strategy for High Accuracy Quantum Computation of Chemistry（参照状態エラーの緩和： 化学の高精度量子計算のための戦略）
Organization: Chalmers University of Technology;
参照状態誤り訂正 (REM) のための化学に触発された戦略について述べた。古典的なコンピュータでの後処理を最小限に抑え、1回または追加の測定を行わずに実装できるため、読み出しの緩和など、他のエラー緩和技術と組み合わせることができる。水素や水素化リチウムなどの小分子は、2つの超伝導 NISQプロセッサ (ibmq_quito と Särimner) 上で実行される変分量子固有ソルバーアルゴリズムを使用して分析された。REMの適用により、エネルギー計算の計算精度が最大2桁向上している。
Title: Quantum critical dynamics in a 5,000-qubit programmable spin glass（5,000量子ビットのプログラマブル・スピングラスにおける量子臨界ダイナミクス）
Organizations: D-Wave Quantum Inc.; Boston University; Simon Fraser University
D-Waveは20年以上にわたり、量子アニーリングの分野を開拓してきた。彼らのデバイスの量子ビット数は、目覚ましい上昇軌道をたどっている。ノイズ、コヒーレンス、エンタングルメント、解決可能な問題の種類と解決可能な速度に関して、様々な科学的調査が行われてきた。最近では、同社の2,000量子ビット素子において、熱アニールとコヒーレント量子アニールの関係について重要な問題が解決された。これらの結果を元にNature誌に新たに発表された論文では、 「Advantage」 と呼ばれるより大規模で高度に接続された量子アニーリングで、5,000量子ビットが 「Pegasus」 レイアウトに配置されたコヒーレントなダイナミクスが示されている。
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